Computational Mesoscale Design of Cementitious Materials

胶凝材料的计算介观设计

• 批准号: 21H01403
• 负责人: 大野 元寛
• 金额: $ 10.98万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01403/
• 关键词: メタマテリアル; セメント系材料; 3Dプリンティング; ジェネレーティブデザイン; メソスケール

2021年度はメソスケールデザイン手法の開発と3Dプリンティング可能な高靭性繊維補強モルタル材料の開発に取り組んだ。前者では、ランダムおよび強化学習にもとづく内部構造のデザイン案の自動生成と、3次元動的非線形構造解析システムを用いた性能評価を統合した解析フレームワークを構築した。構築したフレームワークを用いて、トラス型の内部構造を有するセメント系材料のメタマテリアルに対し、獲得可能な巨視的力学性能の範囲の推定、優れた性能を有するメタマテリアルの内部構造の幾何的特徴の抽出、それらの優れた力学性能が発現するメカニズムに関する検討も行った。また、実験的にそれを検証し、構築したフレームワークの妥当性と有用性を確認した。これらの成果は2022年度中に国際学会および雑誌論文にて発表予定である。3Dプリンティング可能な高靭性繊維補強モルタル材料の開発では、5％を超える終局引張ひずみを有する繊維補強モルタルを開発できたが、3Dプリンティングにおける吐出性の課題が残っている。

2021年，我们致力于开发介观设计方法和可3D打印的高韧性纤维增强砂浆材料。对于前者，我们构建了一个分析框架，集成了基于随机和强化学习的内部结构设计方案自动生成以及使用 3D 动态非线性结构分析系统进行性能评估。利用构建的框架，我们估计了具有桁架状内部结构的水泥超材料可以获得的宏观力学性能的范围，以及具有优异性能的超材料内部结构的几何特征，我们还研究了它们的机理。表现出优异的机械性能。我们还进行了实验验证，证实了所构建框架的有效性和实用性。这些结果计划于 2022 年在国际会议和期刊文章中发表。在开发可3D打印的高韧性纤维增强砂浆材料方面，我们已经能够开发出极限拉伸应变超过5%的纤维增强砂浆，但3D打印中的脱模性问题仍然存在。

项目成果

圧縮ひずみ硬化特性を有するセメント系材料のメタマテリアル技術の開発

开发具有压缩应变硬化特性的水泥材料超材料技术

• 发表时间: 2021
• 作者: 大野元寛;西條圭祐;石田哲也
• 通讯作者: 石田哲也

セメント系メタマテリアルの力学性能に関する実験的検討

水泥基超材料力学性能实验研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 今川晃一;大野元寛;石田哲也
• 通讯作者: 石田哲也

Development of Cementitious Metamaterial with Compressive Strain Hardening Characteristics

具有压缩应变硬化特性的水泥基超材料的开发

• 发表时间: 2022
• 作者: Keisuke Nishijo; Motohiro Ohno; Tetsuya Ishida
• 通讯作者: Tetsuya Ishida